[發(fā)明專利]一種用于盾構(gòu)機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)控制電路及其采用的控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911093047.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-11
• 公開（公告）號(hào): CN110838805A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張林;楊開全;匡余;郭炳洋;梁維;皇甫鵬崗;劉泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司
• 主分類號(hào): H02P1/58
• 分類號(hào): H02P1/58
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛(wèi)

本發(fā)明涉及一種用于盾構(gòu)機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)控制電路，包括軟啟動(dòng)器、分別對(duì)應(yīng)各臺(tái)電機(jī)的n個(gè)運(yùn)行斷路器、對(duì)應(yīng)軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)斷路器、n個(gè)分別對(duì)應(yīng)各臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)接觸器、n個(gè)分別對(duì)應(yīng)各臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行接觸器以及控制器；每臺(tái)電機(jī)分別經(jīng)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行接觸器、運(yùn)行斷路器連接至電源線，軟啟動(dòng)器經(jīng)啟動(dòng)斷路器連接至電源線，且各臺(tái)電機(jī)經(jīng)對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)接觸器連接至軟啟動(dòng)器；控制器分別與軟啟動(dòng)器、各運(yùn)行斷路器、啟動(dòng)斷路器、各啟動(dòng)接觸器、各運(yùn)行接觸器信號(hào)連接。本發(fā)明還提供一種上述用于盾構(gòu)機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)控制電路采用的控制方法。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)一拖多的控制方式，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，且節(jié)約電機(jī)控制柜的安裝空間，能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋機(jī)電機(jī)的穩(wěn)定、可靠啟動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于盾構(gòu)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種盾構(gòu)機(jī)上用于對(duì)螺旋機(jī)的電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)控制的電路及其采用的控制方法。

背景技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)是集機(jī)械、液壓、電氣于一體，專用于隧道地下開挖的技術(shù)密集型重大工程裝備，現(xiàn)廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。隨著我國基建大規(guī)模進(jìn)行和城市地下空間的開發(fā)，越來越多的工程建設(shè)單位選用盾構(gòu)機(jī)來施工。

盾構(gòu)機(jī)的工作原理是：通過盾構(gòu)外殼和管片支承周圍巖防止發(fā)生隧道內(nèi)的坍塌，利用盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂作用在管片上的力，使盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，通過刀盤的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行土體開挖，將切削的土渣通過螺旋輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)诫妱?dòng)小車上，再由小車運(yùn)輸?shù)蕉赐狻?duì)于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)而言，影響其掘進(jìn)速度的主要因素為盾構(gòu)機(jī)的排土速度，盾構(gòu)機(jī)的排土速度取決于螺旋機(jī)的排土速度和皮帶輸送機(jī)、渣土車的輸送能力。

盾構(gòu)機(jī)中螺旋機(jī)的工作原理為：如圖1所示，螺旋機(jī)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)螺旋機(jī)泵工作，加載電磁閥得電加載，高壓液壓油驅(qū)動(dòng)螺旋機(jī)工作，通過控制換向閥和比例閥，控制螺旋機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。液壓系統(tǒng)上配備壓力傳感器、螺旋機(jī)艙內(nèi)配備土壓傳感器，盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)采集些數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。在不同的工況下，螺旋機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要螺旋機(jī)電機(jī)的工作數(shù)量也不同，最少需要1臺(tái)，最多需要3臺(tái)。

關(guān)于如何啟動(dòng)螺旋機(jī)電機(jī)上，國內(nèi)主流盾構(gòu)企業(yè)有如下幾種方式：直接啟動(dòng)、星三角降壓啟動(dòng)、軟啟動(dòng)器啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)。

直接啟動(dòng)：直接啟動(dòng)也叫全壓啟動(dòng)，在電網(wǎng)容量和負(fù)載兩方面都允許全壓直接啟動(dòng)的情況下，可以考慮采用全壓直接啟動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是操控方便，維護(hù)簡單，而且比較經(jīng)濟(jì)。主要用于小功率電機(jī)的啟動(dòng)，從節(jié)約電能的角度考慮，大于11KW的電機(jī)不宜用此方法（螺旋機(jī)電機(jī)不適用）。

星三角降壓啟動(dòng)：三相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)將繞組接成星型，待啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值時(shí)切換成三角型連接。這種啟動(dòng)方式可以降低啟動(dòng)電流，減輕它對(duì)電網(wǎng)的沖擊。電機(jī)如果三角型直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流是額定電流的6~7倍，星型啟動(dòng)的啟動(dòng)電流是額定電流的2~3倍，但是星型啟動(dòng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是三角型直接啟動(dòng)的1/3。星三角啟動(dòng)適用于無載或輕載啟動(dòng)的場合，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。星三角啟動(dòng)雖然有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，但是星三角降壓啟動(dòng)在切換到三角形運(yùn)行是會(huì)出現(xiàn)二次沖擊電流及轉(zhuǎn)矩，一般超過55KW電機(jī)啟動(dòng)采用星三角閉環(huán)控制。

變頻器控制：變頻器是控制效果最好，功能最全的控制裝置，它是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為電壓、頻率可調(diào)電源的裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的無沖擊啟動(dòng)和軟停車、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載/保護(hù)等功能，可極大的延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命。但是變頻器價(jià)格高，還存在電磁兼容問題，通常需要配合濾波器共同使用。

軟啟動(dòng)控制：軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電機(jī)定子之間。在啟動(dòng)電機(jī)時(shí)晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全部導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免了大功率電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束。軟啟動(dòng)自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。